KR100616230B1 - Three-Dimensional All-Around Gate Field Effect Transistor Structures and Method for Manufacturing - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전계 효과 트랜지스터 제작 방법 및 그 구조에 관한 것으로, 상세하게는 실리콘 채널 전면에 게이트가 형성된 3차원 전계 효과 트랜지스터 제작 방법과 그 제작 방법에 의하여 제작된 전계 효과 트랜지스터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for fabricating a field effect transistor and its structure, and more particularly, to a method for fabricating a three-dimensional field effect transistor having a gate formed over a silicon channel, and a field effect transistor fabricated by the fabrication method.
본 발명에 따른 실리콘 채널 전면에 게이트가 형성된 3차원 전계 효과 트랜지스터 제작 방법은, (a) 실리콘 기판, 하부절연막, 실리콘 및 하드 마스크(hard mask)를 순차적으로 형성하는 단계; (b) 상기 마스크 패턴을 마스크로 하여 실리콘을 이방 식각하여 채널이 형성될 실리콘 채널과 소스/드레인이 형성될 실리콘 영역의 패턴을 형성하는 단계; (c) 상기 하부절연막 또는 실리콘 채널의 하단부 식각시 식각 정지층 역할을 할 수 있는 추가 마스크를 형성하는 단계; (d) 상기 실리콘 채널 정지층 하부의 하부절연막 또는 실리콘 채널의 하단부 식각을 통하여 상기 실리콘 채널의 전면이 노출되도록 형성하는 단계; 및 (e) 상기 전면이 노출된 실리콘 채널 주위에 게이트 유전막을 성장시키고 게이트 물질을 증착한 후, 게이트 영역을 형성하여 상기 실리콘 채널의 전면에 게이트가 형성된 전계 효과 트랜지스터를 제작하는 단계; 를 포함하여 이루어 진다.In accordance with an embodiment of the present invention, a method of fabricating a 3D field effect transistor having a gate formed on a front surface of a silicon channel includes: (a) sequentially forming a silicon substrate, a lower insulating layer, silicon, and a hard mask; (b) anisotropically etching silicon using the mask pattern as a mask to form a pattern of a silicon channel in which a channel is to be formed and a silicon region in which a source / drain is to be formed; (c) forming an additional mask that may serve as an etch stop layer when etching the lower portion of the lower insulating layer or the silicon channel; (d) forming an entire surface of the silicon channel through the lower insulating layer under the silicon channel stop layer or the lower portion of the silicon channel; (E) growing a gate dielectric layer around the exposed silicon channel and depositing a gate material, and then forming a gate region to fabricate a field effect transistor having a gate formed on the entire surface of the silicon channel; It is made, including.
전계 효과 트랜지스터, 전면 게이트, 삼차원 구조, 박막 채널, 단채널 효과Field effect transistor, front gate, three-dimensional structure, thin film channel, short channel effect
Description
도 1은 종래 기술에 의한 게이트를 핀 양쪽에 형성하는 방법에 의해 핀 전계 효과 트랜지스터(fin field effect transistor)를 제작하는 방법을 도시한 공정 투시도이다.FIG. 1 is a process perspective view showing a method for manufacturing a fin field effect transistor by a method of forming a gate according to the prior art on both sides of a fin.
도 2는 종래 기술에 의한 게이트가 실리콘 채널의 세면을 감싸고 있는 트랜지스터(tri-gate transistor)의 게이트 영역 전자현미경 사진이다.2 is a gate region electron micrograph of a tri-gate transistor in which a gate according to the prior art surrounds three surfaces of a silicon channel.
도 3a는 종래 기술에 의한 게이트가 오메가(omega)형태로 실리콘 채널을 감싸고 있는 전계 효과 트랜지스터를 제작하는 방법을 도시한 공정 투시도이다.3A is a process perspective view illustrating a method of fabricating a field effect transistor in which a gate according to the prior art surrounds a silicon channel in an omega form.
도 3b는 도 3a에 도시된 제작 방법에 의해 제작된 소자의 전자 현미경 사진이다.3B is an electron micrograph of the device fabricated by the fabrication method shown in FIG. 3A.
도 4는 종래 기술에 의한 벌크 기판을 이용한 핀 전계 효과 트랜지스터를 제작하는 방법을 도시한 공정 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating a method of fabricating a fin field effect transistor using a bulk substrate according to the prior art.
도 5는 종래 기술에 의한 벌크 기판을 이용한 오메가 핀 전계 효과 트랜지스터(body-tied omega FinFET)를 제작하는 방법을 도시한 공정 단면도이다.5 is a cross-sectional view illustrating a method of fabricating a body-tied omega FinFET using a bulk substrate according to the prior art.
도 6a는 종래 기술에 의한 실리콘 채널이 둥글게 형성되는 나노와이어 전계 효과 트랜지스터(nanowire FinFET)의 투시도이다.6A is a perspective view of a nanowire field effect transistor (nanowire FinFET) in which a silicon channel is rounded according to the prior art.
도 6b는 도 6a에 도시된 제작 방법에 의해 제작된 전계 효과 트랜지스터의 게이트 영역 전자현미경 사진이다.FIG. 6B is a gate region electron micrograph of the field effect transistor manufactured by the fabrication method shown in FIG. 6A.
도 7a는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 채널 전면(All-Around)에 게이트가 형성된 전계 효과 트랜지스터를 형성하는 방법을 순차적으로 도시한 공정 투시도 및 단면도이다.7A is a process perspective view and a cross-sectional view sequentially illustrating a method of forming a gated field effect transistor on a silicon channel all-around according to an embodiment of the present invention.
도 7b는 도 7a에 도시된 제작 방법에 의해 제작된 소자의 단면도이다.FIG. 7B is a cross-sectional view of the device fabricated by the fabrication method shown in FIG. 7A.
도 8a는 본 발명의 일실시예에 따른 게이트 영역의 전자 현미경 사진이다.8A is an electron micrograph of a gate area according to an embodiment of the present invention.
도 8b은 본 발명의 일실시예에 따른 기술적 특징을 설명하기 위해 도시한 게이트 영역의 단면도이다.8B is a cross-sectional view of the gate area illustrated to explain technical features according to an embodiment of the present invention.
도 9a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 채널 전면에 게이트가 형성된 전계 효과 트랜지스터를 형성하는 방법을 순차적으로 도시한 공정 투시도이다.FIG. 9A is a process perspective view sequentially illustrating a method of forming a field effect transistor having a gate formed on an entire surface of a silicon channel according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 9b는 도 9a에 도시된 제작 방법에 의해 제작된 소자의 단면도이다.FIG. 9B is a cross-sectional view of the device fabricated by the fabrication method shown in FIG. 9A.
도 10a는 도 9에 도시된 방법에 따라 형성된 게이트 영역의 전자 현미경 사진이다.10A is an electron micrograph of a gate region formed according to the method shown in FIG. 9.
도 10b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기술적 특징을 설명하기 위해 도시한 게이트 영역의 단면도이다.FIG. 10B is a cross-sectional view of a gate area illustrated to explain technical features in accordance with another embodiment of the present invention.
도 11a은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 실리콘 채널 전면에 게이트가 형성된 전계 효과 트랜지스터를 형성하는 방법을 순차적으로 도시한 공정 투시도이다.FIG. 11A is a process perspective view sequentially illustrating a method of forming a field effect transistor having a gate formed on an entire surface of a silicon channel according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 11b는 도 11a에 도시된 제작 방법에 의해 제작된 소자의 단면도이다.FIG. 11B is a cross-sectional view of the device fabricated by the fabrication method shown in FIG. 11A.
본 발명은 전계 효과 트랜지스터 제작 방법 및 그 구조에 관한 것으로, 상세하게는 실리콘 채널 전면(All-Around)에 게이트가 형성된 3차원 전계 효과 트랜지스터 제작 방법과 그 제작 방법에 의하여 제작된 전계 효과 트랜지스터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a method for fabricating a field effect transistor and a structure thereof, and more particularly, to a method for fabricating a three-dimensional field effect transistor having a gate formed on a silicon channel all-around, and a field effect transistor fabricated by the method. will be.
현재, 반도체 소자의 가격을 낮추고 성능을 높이기 위해 반도체 소자 크기는 무어의 법칙에 따라 지속적인 축소를 거듭하여 반도체 IC의 고집적을 가능하게 하였다.At present, in order to lower the price and increase the performance of semiconductor devices, semiconductor device sizes have been continuously reduced in accordance with Moore's Law to enable high integration of semiconductor ICs.
그러나, 소자의 채널 길이가 100 nm 이하로 축소됨에 따라 기존의 전계 효과 트랜지스터는 채널의 전위가 게이트뿐만 아니라 드레인에 의해서도 제어되어 소자가 꺼진 상태에서도 소스와 드레인 사이로 누설전류가 크게 흐르는 현상이 나타나게 된다.However, as the channel length of the device is reduced to 100 nm or less, in the conventional field effect transistor, the potential of the channel is controlled not only by the gate but also by the drain, so that a leakage current flows between the source and the drain even when the device is turned off. .
이러한 단채널 효과를 줄이기 위하여(게이트 전압의 채널 전위 제어력을 높여 누설전류를 줄이도록) 기판에 수직으로 형성된 실리콘 채널 양쪽에 게이트를 위치시켜 채널을 형성하는 더블 게이트 구조로서, 기존의 SOI(silicon-on-insulator) CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 공정방법을 이용하는 실리콘 박막 전계 효과 트랜지스터 구조가 제안되었다.In order to reduce this short channel effect (to increase the channel potential control of the gate voltage to reduce the leakage current), a double gate structure in which gates are formed on both sides of a silicon channel formed perpendicular to the substrate to form a channel, is a conventional SOI (silicon- A silicon thin film field effect transistor structure using an on-insulator) CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) process method has been proposed.
이후, 실리콘 채널 세면에 게이트를 만들어 채널로 사용하는 트랜지스터 (tri-gate transistor) 구조, 게이트가 오메가 형태로 실리콘 채널을 감싸고 있는 오메가 핀 전계 효과 트랜지스터(omega FinFET) 구조, 웨이퍼간 소자 특성 편차를 줄이며 소자간 절연이 효과적인 핀 전계 효과 트랜지스터 구조 및 형성방법, 핀 전계 효과 트랜지스터의 열 전달 문제 해결을 위해 SOI 기판이 아닌 벌크 기판을 이용한 오메가 핀 전계 효과 트랜지스터(body-tied omega FinFET) 구조 및 형성방법, 실리콘 채널이 둥글게 형성되는 나노와이어 전계 효과 트랜지스터 (nanowire FinFET) 구조 및 형성방법 등의 다양한 방법이 개발되어 왔다.Afterwards, a tri-gate transistor structure is used as a channel by forming a gate on the silicon channel face, an omega FinFET structure in which the gate surrounds the silicon channel in an omega form, and a variation in device characteristics between wafers is reduced. Structure and Formation of Fin Field Effect Transistor with Effective Inter-Device Isolation, Structure and Formation of Body-Tied Omega FinFET Using Bulk Substrate, Not SOI Substrate for Solving Heat Transfer Problem of Fin Field Effect Transistor, Various methods have been developed, such as the structure and formation method of a nanowire field effect transistor (nanowire FinFET) in which a silicon channel is rounded.
이렇게, 단채널 효과를 개선하고, 더 작은 전계 트랜지스터를 제작하기 위하여 실리콘 채널의 전위를 채널 위에 있는 하나의 게이트 전극으로 제어하는 2차원 구조 대신 채널의 위/아래 또는 양면에 게이트를 위치시켜, 게이트 전압에 의한 채널의 전위 제어 능력을 극대화 시키는 3차원 구조의 이중 게이트 또는 다중 게이트 구조의 트랜지스터가 제안되어 왔으나, 그 제작 공정이 너무 복잡하고, 소자 및 공정 변수들의 조절이 쉽지 않은 문제가 있다.Thus, in order to improve the short channel effect and to manufacture smaller field transistors, gates are placed on the top / bottom or both sides of the channel instead of the two-dimensional structure in which the potential of the silicon channel is controlled by one gate electrode on the channel. Transistors with a double gate or multi-gate structure having a three-dimensional structure for maximizing the potential control capability of the channel by voltage have been proposed, but the manufacturing process is too complicated, and it is difficult to control the device and process variables.
이를 해결하기 위해 기존 SOI 트랜지스터 제작 공정과 아주 유사하면서 제작 공정이 간단한 실리콘 핀을 이용한 FinFET이 제안되었다.To solve this problem, a FinFET using a silicon fin, which is very similar to the existing SOI transistor fabrication process and has a simple fabrication process, has been proposed.
FinFET 구조에서는 단채널 효과를 개선하기 위해서 핀의 너비가 게이트 선폭보다 30%~50% 정도 가늘어야 된다.In FinFET structures, the fin width must be 30% to 50% thinner than the gate line width to improve short channel effects.
대부분 반도체 양산 공정에서는 노광 기술의 최소 선폭에 대한 한계 해상도가 게이트 선폭 형성시 적용되기 때문에 게이트 선폭보다 작은 미세 패턴 형성은 불가능하다.In most semiconductor mass production processes, since the limit resolution for the minimum line width of the exposure technique is applied when forming the gate line width, it is impossible to form a fine pattern smaller than the gate line width.
이하, 종래의 기술에 따른 실리콘 박막 전계 효과 트랜지스터 형성 방법을 도면을 참조하여 개략적으로 설명하고 그 문제점을 설명한다. Hereinafter, a method of forming a silicon thin film field effect transistor according to the related art will be schematically described with reference to the accompanying drawings and a problem thereof will be described.
도 1은 종래 기술에 따른 게이트를 핀 양쪽에 형성하는 방법에 의한 핀 전계 효과 트랜지스터 제작 방법을 순차적으로 도시한 공정 투시도이다.1 is a process perspective view sequentially illustrating a method for fabricating a fin field effect transistor by a method of forming gates on both sides of a fin according to the prior art.
도시된 바와 같이, 실리콘으로 구성된 SOI 기판(101), 하부 절연막(102), 하부 절연박 위의 실리콘(103a) 및 실리콘(103a)위에 하드 마스크(104a)를 형성한다(100A).As shown, a
리소그라피를 이용하여 실리콘 채널 패턴을 형성한다(100B).Lithography is used to form a silicon channel pattern (100B).
산화와 식각을 이용하여 핀 폭을 앞서 얻은 폭 이하로 줄인다(100C).Oxidation and etching are used to reduce the fin width below the previously obtained width (100C).
게이트(107) 유전막과 게이트(107) 물질을 성장시키거나 증착한 후 게이트(107) 영역을 패터닝 하고 이온주입을 통하여 소스/드레인 연장영역을 형성한다(100D).After the
게이트(107) 측면에 스페이서(108)를 형성한 후 이온주입을 통하여 소스/드레인 영역을 형성한다(100E).A
자기 정렬적 실리사이드(self-aligned silicide)에 의해 전극(109)을 형성하여 핀 전계 효과 트랜지스터를 제작한다(100F).An
이러한 방법에 의한 실리콘 채널 양쪽에 게이트(107)를 형성시키는 방법은 효과적인 게이트 전압의 전위 제어력을 얻기 위해서는 실리콘 채널의 너비가 게이트(107) 선폭 보다 작아야 한다는 단점이 있다.The method of forming the
도 2는 종래 기술에 따른 게이트가 실리콘 채널의 세면을 감싸고 있는 트랜 지스터의 게이트 영역 전자현미경 사진이다.2 is a gate region electron micrograph of a transistor in which a gate according to the prior art surrounds three surfaces of a silicon channel.
본 구조는 실리콘 채널을 감싸는 세 개의 게이트를 형성함으로써 실리콘 채널 전체가 공핍화되어 실리콘 채널 치수조건을 완화시킨다.The structure forms three gates surrounding the silicon channel, thereby depleting the entire silicon channel to mitigate the silicon channel dimensional condition.
그러나, 임계전압 이하 동작에서 실리콘 채널의 모서리 특성이 임계전압 및 DIBL(drain induced barrier lowering) 등의 소자특성을 좌우한다는 단점이 있다.However, there is a drawback that the edge characteristics of the silicon channel in operation below the threshold voltage influence device characteristics such as threshold voltage and drain induced barrier lowering (DIBL).
도 3a는 종래 기술에 따른 게이트가 오메가 형태로 실리콘 채널을 감싸고 있는 전계 효과 트랜지스터를 제작하는 방법을 도시한 공정 투시도이다.3A is a process perspective view illustrating a method of manufacturing a field effect transistor in which a gate surrounds a silicon channel in an omega form according to the prior art.
기존의 핀 전계 효과 트랜지스터의 실리콘 채널 제작공정 이다(300A).It is a silicon channel fabrication process of a conventional fin field effect transistor (300A).
실리콘(301) 채널 하단의 하단 절연막(buried oxide; 302)을 식각 한다(300B).A lower
게이트(303) 유전막을 성장시키는 방법을 이용하여 오메가 전계 효과 트랜지스터를 제작한다(300C).An omega field effect transistor is fabricated using a method of growing a
도 3b는 도 3a에 도시된 제작 방법에 의해 제작된 소자의 전자 현미경 사진이다.3B is an electron micrograph of the device fabricated by the fabrication method shown in FIG. 3A.
도시된 전자 현미경 사진은 오메가 형태로 실리콘 채널을 감싸고 있는 게이트의 TEM(transmission electron microscope) 단면도 사진이다.The electron micrograph shown is a cross-sectional photograph of a transmission electron microscope (TEM) of the gate surrounding the silicon channel in omega form.
본 구조는 산화막을 식각한 이후 게이트 물질을 증착하고 게이트 패터닝을 통해 게이트 영역을 형성하는데, 이때 채널이 형성될 실리콘 채널 하단뿐만 아니라 소스/드레인 영역 아래의 산화막 역시 식각되어 언더컷 모양이 만들어진다.
이 사이로 게이트 물질이 증착되어 차후 게이트 식각 공정 이후 잔여 게이트 물질이 소스/드레인 영역 하단(undercut 부위)에 남게 되어 높은 오버랩 커패시턴스(Overlap Capacitance)를 갖게 되는 문제가 있다.The structure deposits a gate material after etching the oxide layer and forms a gate region through gate patterning, wherein the oxide layer below the source / drain region as well as the silicon channel where the channel is to be formed is etched to form an undercut shape.
The gate material is deposited therebetween, so that after the gate etching process, the remaining gate material remains at the bottom of the source / drain region and thus has a high overlap capacitance.
도 4는 종래 기술에 따른 벌크 기판을 이용하여 웨이퍼간 소자특성 편차를 줄이며 소자간 절연이 효과적인 핀 전계 효과 트랜지스터를 제작하는 방법을 도시한 공정 단면도이다.FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a method of fabricating a fin field effect transistor which reduces variation in device characteristics between wafers and is effective in device isolation using a bulk substrate according to the prior art.
벌크 웨이퍼(403a)에 하드마스크 블러킹 레이어(402a)와 하드마스크 캡 레이어(401a)를 증착한다(400A).A hard
증착한 이후 광학 리소그라피를 이용하여 핀 패턴을 패터닝하여 하드마스크 블러킹 레이어(402b)와 하드마스크 캡 레이어(401b)를 핀 패턴으로 만든다(400B).After deposition, the fin pattern is patterned using optical lithography to form the hard
패터닝 된 하드마스크 캡 레이어(401b)와 핀 높이 컨트롤 레이어를 이용하여 실리콘 기판인 벌크 웨이퍼(403c)를 수직으로 원하는 깊이만큼 이방성 식각하여 핀의 높이를 조절한다(400C).Using the patterned hard
산화시 실리콘 채널과 핀 사이 기판의 성장속도를 조절하기 위하여 실리콘 채널은 하드마스크 블러킹 레이어로 보호하며 이온주입을 하여 핀들 사이에 데미지 레이어(404)를 만든다(400D).In order to control the growth rate of the substrate between the silicon channel and the fin during oxidation, the silicon channel is protected with a hard mask blocking layer and ion implanted to form a
산화를 통하여 다른 두께를 갖는 산화막(405)을 형성하고 식각을 통하여 실리콘 채널 측면에 자란 산화막을 제거함으로 실리콘 채널(406)을 형성한다(400E).An
게이트 유전막(407)과 게이트 물질을 성장시키거나 증착함으로 벌크에서 핀 전계 효과 트랜지스터를 제작한다(400F).A fin field effect transistor is manufactured in bulk by growing or depositing the
본 구조는 핀의 높이 조절을 위해서는 무거운 이온의 주입에 따른 데미지를 이용하는 높이 컨트롤 레이어를 이용하기에, 기존의 SOI 기판을 이용하는 경우에 비하여 정확한 실리콘 채널 높이를 조절하기 힘들다는 단점이 있다.This structure uses a height control layer that uses damage caused by heavy ion implantation to adjust the height of the fin, and thus has a disadvantage in that it is difficult to control the exact silicon channel height as compared with the conventional SOI substrate.
도 5는 종래 기술에 따른 핀 전계 효과 트랜지스터의 열 전달 문제 해결을 위해 벌크 기판을 이용한 오메가 핀 전계 효과 트랜지스터 제작 방법을 도시한 공정 단면도이다.5 is a cross-sectional view illustrating a method of fabricating an omega fin field effect transistor using a bulk substrate to solve a heat transfer problem of the fin field effect transistor according to the related art.
실리콘 기판을 이용하며 트렌치 공정을 이용하여 실리콘 채널을 형성한 후 산화와 식각을 이용하여 채널과 소스/드레인이 형성될 핀의 폭을 조절한다(500A).After forming a silicon channel using a silicon substrate using a trench process, the width of the fin on which the channel and the source / drain are to be formed is controlled by oxidation and etching (500A).
산화막을 성장시키고 질화막을 증착한다(500B).An oxide film is grown and a nitride film is deposited (500B).
화학증착을 이용하여 산화막을 증착한다(500C).An oxide film is deposited using chemical vapor deposition (500C).
질화막을 식각 정지층으로 하여 CMP(chemical-mechanical polishing)를 실시한다(500D).Chemical-mechanical polishing (CMP) is performed using the nitride film as an etch stop layer (500D).
질화막을 습식 식각한 후 이온 주입을 하여 임계전압을 조절 할 수 있도록 한다(500E).After wet etching the nitride film, ion implantation is performed to control the threshold voltage (500E).
게이트 유전막과 게이트 물질을 성장시키거나 증착함으로 벌크에서 오메가 핀 전계 효과 트랜지스터를 제작한다(500F).By growing or depositing a gate dielectric layer and a gate material, an omega fin field effect transistor is fabricated in bulk (500F).
본 구조는 핀의 높이 조절을 위해서 트렌치 공정을 이용하기에, 기존의 SOI 기판을 이용하는 경우에 비하여 정확한 실리콘 채널 높이를 조절하기 힘들다는 단점이 있다.This structure uses a trench process to adjust the height of the fin, and has a disadvantage in that it is difficult to control the exact silicon channel height compared to the case of using a conventional SOI substrate.
도 6a는 종래 기술에 따른 실리콘 채널이 둥글게 형성되는 나노와이어 전계 효과 트랜지스터의 투시도이다.6A is a perspective view of a nanowire field effect transistor with rounded silicon channels according to the prior art.
도 6b는 도 6a에 도시된 제작 방법에 의해 제작된 전계 효과 트랜지스터의 게이트 영역 전자현미경 사진이다.FIG. 6B is a gate region electron micrograph of the field effect transistor manufactured by the fabrication method shown in FIG. 6A.
SOI 기판에서 오메가 핀 전계 효과 트랜지스터를 제작하는 방법을 이용하여 실리콘 채널을 형성한 후 수소 어닐링을 하여 원통 모양의 나노 와이어 실리콘 채널을 형성한다.A silicon channel is formed using a method of fabricating an omega fin field effect transistor on an SOI substrate, followed by hydrogen annealing to form a cylindrical nanowire silicon channel.
본 구조는 원통 모양의 실리콘 채널을 이용하기에 바디의 모서리 효과를 줄일 수 있다는 장점이 있으나, 채널이 형성될 실리콘 채널뿐만 아니라 소스/드레인 영역 아래의 산화막 역시 식각되고 이곳에 게이트 물질이 잔여하게 되어 높은 오버랩 커패시턴스를 갖는다는 단점이 있다. This structure has the advantage of reducing the corner effect of the body by using a cylindrical silicon channel, but not only the silicon channel on which the channel is to be formed but also the oxide layer under the source / drain region is etched and the gate material remains there. The disadvantage is that it has a high overlap capacitance.
상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 추가 마스크를 이용하여 실리콘 채널 하단의 하부절연막 또는 실리콘 채널의 부분 식각을 이용하여 오버랩 커패시턴스가 기존의 구조에 비해 작은 실리콘 채널 전면에 게이트가 형성된 전계 효과 트랜지스터를 제작하는 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is, by using an additional mask, a lower insulating layer or a partial etching of the silicon channel at the bottom of the silicon channel by using a partial capacitance of the silicon channel, the gate capacitance is formed on the front surface of the silicon channel smaller than the conventional structure The present invention provides a method for manufacturing an effect transistor.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기의 추가 마스크 없이 게이트 식각시 언더컷 모양을 만들 수 있는 선택적 부분 등방 플라즈마 건식 식각으로 오버랩 커패시턴스가 기존의 구조에 비해 작은 실리콘 채널 전면에 게이트가 형성된 전계 효과 트랜지스터를 제작하는 방법을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to fabricate a field effect transistor having a gate formed on the front of the silicon channel with the overlap capacitance is a selective partial isotropic plasma dry etching that can form an undercut when etching the gate without the additional mask. To provide a way.
본 발명에 따른 실리콘 채널 전면(All-Around)에 게이트가 형성된 3차원 전계 효과 트랜지스터 제작 방법은, 전계 효과 트랜지스터 제조 방법에 있어서, (a) 실리콘 기판, 하부절연막, 실리콘 및 하드 마스크(hard mask)를 순차적으로 형성하는 단계; (b) 상기 마스크 패턴을 마스크로 하여 실리콘을 이방 식각하여 채널이 형성될 실리콘 채널과 소스/드레인이 형성될 실리콘 영역의 패턴을 형성하는 단계; (c) 상기 하부절연막 식각시 식각 정지층 역할을 할 수 있는 추가 마스크를 형성하는 단계; (d) 상기 실리콘 채널 정지층 하부의 하부절연막 식각을 통하여 상기 실리콘 채널의 전면이 노출되도록 형성하는 단계; 및 (e) 상기 전면이 노출된 실리콘 채널 주위에 게이트 유전막을 성장시키고 게이트 물질을 증착한 후, 게이트 영역을 형성하여 상기 실리콘 채널의 전면에 게이트가 형성된 전계 효과 트랜지스터를 제작하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the method for manufacturing a three-dimensional field effect transistor having a gate formed on a silicon channel all-around according to the present invention, the method for manufacturing a field effect transistor includes: (a) a silicon substrate, a lower insulating film, silicon, and a hard mask; Sequentially forming; (b) anisotropically etching silicon using the mask pattern as a mask to form a pattern of a silicon channel in which a channel is to be formed and a silicon region in which a source / drain is to be formed; (c) forming an additional mask that may serve as an etch stop layer when etching the lower insulating layer; (d) forming an entire surface of the silicon channel through etching of a lower insulating layer under the silicon channel stop layer; And (e) growing a gate dielectric layer around the exposed silicon channel, depositing a gate material, and forming a gate region to fabricate a field effect transistor having a gate formed on the entire surface of the silicon channel. It is characterized by.
본 발명에 따른 구성에 의하여, 채널 너비가 게이트 선폭보다 크면서 단채널 효과를 이중 게이트 트랜지스터보다 획기적으로 개선할 수 있는 올-어라운드(All-Around) 게이트의 삼차원 트랜지스터 구조와 제작 방법에 대한 것이다.According to the configuration according to the present invention, a three-dimensional transistor structure and manufacturing method of an all-around gate that can significantly improve the short channel effect than the double gate transistor while the channel width is larger than the gate line width.
또한, 오버랩 캐패시턴스(Overlap Capacitance)를 최소화 시켜 초고속 집적회로를 구현할 수 있으며 실리콘 소자의 극한 스케일링을 가능하게 한다.In addition, it is possible to implement ultra-high-speed integrated circuits by minimizing overlap capacitance and to allow extreme scaling of silicon devices.
또한, 초고속/초고집적 반도체 칩에 사용될 3차원 구조의 실리콘 채널 전면 (全面)에 게이트를 형성하여 Sub-10nm 이하의 초고속 전계 효과 트랜지스터 제작이 가능해 진다.In addition, by forming a gate on the entire surface of the silicon channel of the three-dimensional structure to be used for the ultra-fast / ultra-high density semiconductor chip, it is possible to fabricate an ultra-fast field effect transistor of sub-10nm or less.
또한, 본 발명에 따른 전계 효과 트랜지스터 제조 방법에 있어서, (a) 실리콘 기판, 하부절연막, 실리콘 및 하드 마스크를 순차적으로 형성하는 단계; (b) 상기 마스크 패턴을 마스크로 하여 실리콘을 이방 식각하여 채널이 형성될 실리콘 채널과 소스/드레인이 형성될 실리콘 영역의 패턴을 형성하는 단계; (c) 상기 하부절연막 위에 형성된 실리콘 채널의 하단부 식각시 식각 정지층 역할을 할 수 있는 추가 마스크를 형성하는 단계; (d) 상기 실리콘 채널 정지층 하부의 실리콘 채널의 하단부의 등방성 플라즈마 식각을 통하여 상기 실리콘 채널의 전면이 노출되도록 형성하는 단계; 및 (e) 상기 전면이 노출된 실리콘 채널 주위에 게이트 유전막을 성장시키고 게이트 물질을 증착한 후, 게이트 영역을 형성하여 상기 실리콘 채널의 전면에 게이트가 형성된 전계 효과 트랜지스터를 제작하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the method of manufacturing a field effect transistor according to the present invention comprises the steps of: (a) sequentially forming a silicon substrate, a lower insulating film, silicon and a hard mask; (b) anisotropically etching silicon using the mask pattern as a mask to form a pattern of a silicon channel in which a channel is to be formed and a silicon region in which a source / drain is to be formed; (c) forming an additional mask that may serve as an etch stop layer when etching the lower end of the silicon channel formed on the lower insulating layer; (d) forming a front surface of the silicon channel through isotropic plasma etching of a lower end of the silicon channel below the silicon channel stop layer; And (e) growing a gate dielectric layer around the exposed silicon channel, depositing a gate material, and forming a gate region to fabricate a field effect transistor having a gate formed on the entire surface of the silicon channel. It is characterized by.
또한, 본 발명에 따른 전계 효과 트랜지스터 제조 방법에 있어서, (a) 실리콘 기판, 하부절연막, 실리콘 및 하드 마스크를 순차적으로 형성하는 단계; (b) 상기 마스크 패턴을 마스크로 하여 실리콘을 등방성 플라즈마 식각하여 체널, 소스 및 드레인 예정영역을 포하하는 실리콘 구조물 전체의 하부에 언더컷(undercut)을 형성하는 단계; (c) 상기 실리콘 채널 주위에 게이트 유전막을 성장시키고 게이트 물질을 증착한 후, 게이트 영역을 형성하는 단계; (d) 상기 게이트 영역의 잔여 게이트 물질을 식각하기 위하여 등방성 플라즈마 식각을 하여 상기 실리콘 채널의 전면에 게이트가 형성된 전계 효과 트랜지스터를 제작하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the method of manufacturing a field effect transistor according to the present invention comprises the steps of: (a) sequentially forming a silicon substrate, a lower insulating film, silicon and a hard mask; (b) isotropic plasma etching silicon using the mask pattern as a mask to form an undercut under the entire silicon structure including channel, source, and drain predetermined regions; (c) growing a gate dielectric film around the silicon channel and depositing a gate material, and then forming a gate region; and (d) fabricating a field effect transistor having a gate formed on the front surface of the silicon channel by isotropic plasma etching to etch the remaining gate material in the gate region.
이하, 본 발명에 의한 실리콘 채널 전면(All-Around)에 게이트가 형성된 전계 효과 트랜지스터의 제조 방법의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of a method of manufacturing a field effect transistor having a gate formed on a silicon channel all-around according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 7a는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 채널 전면에 게이트가 형성된 전계 효과 트랜지스터를 제작하는 방법을 순차적으로 도시한 공정 투시도이다.FIG. 7A is a process perspective view sequentially illustrating a method of fabricating a field effect transistor having a gate formed on a front surface of a silicon channel according to an exemplary embodiment of the present invention.
SOI 기판은 실리콘 기판(701), 하부절연막(702), 그리고 하부절연막(702) 위의 실리콘(703a) 및 하드 마스크(704a)를 형성하며, 이러한 마스크는 향후 실리콘 이방 또는 등방 식각시 식각되지 않는 물질로 구성된다(700A).The SOI substrate forms a
상기 마스크 패턴을 마스크(704b)로 하여 실리콘(703b)을 이방 식각하여 이후 채널이 형성될 실리콘 채널과 소스/드레인이 형성될 실리콘 영역의 패턴을 형성한다(700B).Anisotropically etching the
감광막 패턴(705)를 추가하고, 추가된 감광막 패턴(705)를 마스크로 하여 하부절연막을 식각한다(700C).The
게이트 유전막(707a)을 성장시키고 게이트 물질(706a)을 증착한 후, 게이트 영역을 형성함으로 실리콘 채널 전면에 게이트가 형성된 전계 효과 트랜지스터를 제작한다(700D).
이와 같은 과정에 의해, 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 채널 전면에 게이트가 형성된 전계 효과 트랜지스터를 제작하는 것이 가능하게 된다.After growing the
By this process, it is possible to fabricate a field effect transistor having a gate formed on the entire silicon channel according to an embodiment of the present invention.
도 7b는 도 7a에 도시된 제작 방법에 의해 제작된 소자의 단면도이다.FIG. 7B is a cross-sectional view of the device fabricated by the fabrication method shown in FIG. 7A.
도 7b의 7A에 도시된 바와 같이, 습식 식각을 통한 등방 식각만을 사용하여 실리콘 채널 하단의 하부절연막(702)을 식각하는 방법과, 우선 건식 식각으로 이방 식각을 한 후 습식 식각을 사용하여 실리콘 채널 하단의 하부절연막을 식각하는 방법을 이용하는 것이 가능하다.As shown in 7A of FIG. 7B, a method of etching the lower insulating
도 7b의 7B에 도시된 바와 같이, 추가된 마스크 패턴(705e)에 의한 식각과정을 거친 a-a'와 식각과정을 거치지 않은 b-b'의 단면도을 보여준다.
a-a'의 단면도는 게이트가 형성될 영역은 하부절연막의 식각에 의해 실리콘(705f) 채널의 전면이 노출되었음을 보여주고, b-b'의 단면도는 식각이 일어나지 않은 게이트가 형성되지 않을 영역은 하부절연막 위에 실리콘 채널이 형성되어 있음을 보여준다.As shown in 7B of FIG. 7B, a cross-sectional view of a-a 'which has been etched by the added
The cross-sectional view of a-a 'shows that the entire surface of the
도 7b의 7C는 추가된 마스크 패턴에 의한 식각 과정을 거친 a-a'와 식각과정을 거치지 않은 b-b'에서의 단면도이다.7C of FIG. 7B is a cross-sectional view of a-a 'which is etched by the added mask pattern and b-b' which is not etched.
a-a'의 단면도는 게이트(706a)가 실리콘(707a) 채널의 전면을 감싸고 있음을, b-b'의 단면도는 게이트 영역 이외의 부분에는 게이트 물질이 잔여하지 않기 때문에 오버랩 커패시턴스 (overlap capacitance)를 최소화 시킬 수 있음을 보여준다(700G).The cross sectional view of a-a 'shows that the
도 8a는 본 발명의 일실시예에 따른 게이트 영역의 전자 현미경 사진이다.8A is an electron micrograph of a gate area according to an embodiment of the present invention.
도 8a를 참조하면, 하부절연막 위에 실리콘 채널을 만든 후 HF를 이용한 습식 식각으로 하부절연막을 식각한 경우 형성된 실리콘 채널과 그 전면을 감싸고 있는 게이트의 전자 현미경 사진이다.Referring to FIG. 8A, an electron micrograph of a silicon channel formed when a silicon channel is formed on a lower insulating layer and a lower insulating layer is etched by wet etching using HF and a gate surrounding the front surface thereof.
도 8b는 본 발명의 일실시예에 따른 기술적 특징을 설명하기 위해 도시한 게이트 영역의 단면도이다.8B is a cross-sectional view of the gate area illustrated to describe technical features according to an embodiment of the present invention.
800A는 본 발명의 실시예에 따른 추가된 마스크 패턴을 이용한 실리콘 채널 전면에 게이트가 형성된 전계 효과 트랜지스터이다.The 800A is a field effect transistor having a gate formed on the entire surface of the silicon channel using the added mask pattern according to the exemplary embodiment of the present invention.
800B는 종래의 방법으로 추가된 마스크를 사용하지 않고 하부절연막을 식각 하여 형성한 실리콘 채널 전면에 게이트가 형성된 전계 효과 트랜지스터이다.The 800B is a field effect transistor having a gate formed on an entire surface of a silicon channel formed by etching a lower insulating layer without using a mask added by a conventional method.
각 구조의 게이트 영역 단면도 c-c'(800C)와 추가된 마스크 패턴에 의한 식각과정을 거친 경우의 드레인 영역 단면도 d-d'(800D)와 추가된 마스크 패턴 없이 식각과정을 거친 경우의 드레인 영역 단면도 e-e'(800E)이다.Drain area in case of etching through gate region cross-sectional view c-c '(800C) of each structure and added mask pattern Drain region in case of etching process without d-d'800D and additional mask pattern Sectional view e-e'800E.
c-c'의 단면도는 두 경우 모두 실리콘 채널 전면에 게이트가 형성되었음을 보여준다.The cross-sectional view of c-c 'shows that a gate is formed in front of the silicon channel in both cases.
게이트 영역이 아닌 드레인 영역에는 게이트 물질이 잔여하지 않은 d-d'의 단면도와 달리, 추가 마스크 패턴을 사용하지 않은 경우의 e-e' 단면도는 드레인 영역 하단의 하부절연막이 식각됨으로 게이트 물질이 잔여하고 있어 오버랩 커패시턴스가 크게 증가함을 보인다.Unlike the cross-sectional view of d-d 'in which the gate material does not remain in the drain region other than the gate region, the cross-sectional view of ee' when the additional mask pattern is not used is obtained by etching the lower insulating layer at the bottom of the drain region. The overlap capacitance is shown to increase significantly.
도 9a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 채널 전면에 게이트가 형성된 전계 효과 트랜지스터를 제작하는 방법을 순차적으로 도시한 공정 투시도이다.9A is a process perspective view sequentially illustrating a method of fabricating a field effect transistor having a gate formed on an entire surface of a silicon channel according to another exemplary embodiment of the present invention.
SOI 기판은 실리콘 기판(901), 하부절연막(902), 그리고 하부절연막 위의 실리콘(903) 및 추가된 하드 마스크(904)를 형성하고, 추가된 마스크 패턴(904)를 마스크로 하여 패터닝 된 실리콘 채널을 충분한 시간동안 등방성 플라즈마 식각 한다(900A).The SOI substrate forms the
여기서, 추가된 패턴 마스크(904)는 실리콘 층의 식각시 영향을 받지 않는 물질, 즉 감광막 같은 물질을 이용하는 것이 바람직하다.Here, the added
게이트 유전막(905)을 성장시키고 게이트 물질(904)을 증착한 후, 게이트 영역을 패터닝함으로 실리콘 채널 전면에 게이트가 형성된 전계 효과 트랜지스터를 제작한다(900B).After the
도 9b는 도 9a에 도시된 제작 방법에 의해 제작된 소자의 단면도이다.FIG. 9B is a cross-sectional view of the device fabricated by the fabrication method shown in FIG. 9A.
상기 구조체의 추가된 패턴 마스크(904a)에 의한 식각과정을 거친 a-a'(9A)와 식각과정을 거치지 않은 b-b'(9B)의 단면도가 도시되어 있다.A cross-sectional view of a-a '9A which has been etched by the added
a-a'의 단면도(9A)는 게이트가 형성될 영역은 실리콘 채널의 식각에 의해 실리콘 채널의 전면이 노출되었음을 보여주고, b-b'의 단면도(9B)는 식각이 일어나지 않은 게이트가 형성되지 않을 영역은 하부절연막 위에 실리콘(903a) 영역이 형성되어 있음을 보여준다.A
상기 구조체의 추가된 마스크 패턴(904b)에 의한 식각과정을 거친 a-a'(9C)와 식각과정을 거치지 않은 b-b'(9D)에서의 단면도가 도시되어 있다.A cross-sectional view at a-a '(9C) etched by the added
a-a'의 단면도(9C)는 게이트 유전막(905b)가 실리콘 채널의 전면을 감싸고 있음을, b-b'의 단면도(9D)는 게이트 영역 이외의 부분에는 게이트 물질이 잔여하지 않음을 보여준다.A
도 10a는 도 9에 도시된 방법에 따라 형성된 게이트 영역의 전자 현미경 사진이다.10A is an electron micrograph of a gate region formed according to the method shown in FIG. 9.
하부절연막 위에 실리콘 채널을 만든 후 실리콘과 산화막에 대해 높은 선택비를 보이는 HBr 과 O2 가스등을 사용하여 플라즈마 식각을 하면서 식각 시간에 따라 형성된 실리콘 채널과 게이트의 전자 현미경 사진이다.After the silicon channel is formed on the lower insulating layer, plasma etching is performed using HBr and O 2 gas which shows high selectivity between silicon and oxide film.
이 경우 실리콘을 식각할 여기(들뜬) 이온이 하부절연막에 충돌한 후 되 튀 겨져 실리콘 채널의 하단 부분을 식각하여 언더컷 모양을 형성한다.In this case, the excitation (excited) ions to etch silicon collide with the lower insulating layer and then bounce off to form an undercut shape by etching the lower portion of the silicon channel.
식각되는 시간을 조절하면 실리콘 채널의 하단이 모두 식각되어, 즉 언더컷 프로파일이 서로 만나 실리콘 채널을 하부절연막으로부터 완전히 분리시킬 수 있다.By controlling the etching time, all the lower ends of the silicon channels are etched, that is, the undercut profiles meet each other to completely separate the silicon channels from the lower insulating layer.
도 10b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기술적 특징을 설명하기 위해 도시한 게이트 영역의 단면도이다.FIG. 10B is a cross-sectional view of a gate area illustrated to explain technical features in accordance with another embodiment of the present invention. FIG.
200A는 본 발명의 다른 실시예에 따른 추가된 마스크 패턴을 이용한 실리콘 채널 전면에 게이트가 형성된 전계 효과 트랜지스터이다.200A is a field effect transistor in which a gate is formed over a silicon channel using an added mask pattern according to another exemplary embodiment of the present invention.
200B는 추가된 마스크를 사용하지 않고 실리콘 패턴의 식각을 이용하여 형성한 실리콘 채널 전면에 게이트가 형성된 전계 효과 트랜지스터이다.The 200B is a field effect transistor having a gate formed on the entire silicon channel formed by etching a silicon pattern without using an added mask.
각 구조의 게이트 영역 단면도 c-c'(200C)와 추가된 마스크에 의한 식각과정을 거친 경우의 드레인 영역 단면도 d-d'(200D)와 추가된 마스크 없이 식각과정을 거친 경우의 드레인 영역 단면도 e-e'(200E)가 도시되어 있다.Drain region cross section d-d '(200D) and drain region cross section in the case of etching without additional mask -e '200E is shown.
c-c'의 단면도(200C)는 두 경우 모두 실리콘 채널 전면에 게이트가 형성되었음을 보인다.
게이트 영역이 아닌 드레인 영역에는 게이트 물질이 잔여하지 않은 d-d'의 단면도(200D)와 달리, 추가 마스크 패턴을 사용하지 않은 경우의 단면도 e-e'(200E)는 드레인 영역이 형성된 실리콘 하단 부분이 식각됨으로 게이트 물질이 잔여하고 있어 오버랩 커패시턴스가 크게 증가함을 보인다.Unlike the
도 11a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 실리콘 채널 전면에 게이트가 형 성된 전계 효과 트랜지스터를 제작하는 방법을 순차적으로 도시한 공정 투시도이다.FIG. 11A is a process perspective view sequentially illustrating a method of fabricating a field effect transistor having a gate formed on an entire surface of a silicon channel according to another exemplary embodiment of the present invention.
SOI 기판은 실리콘 기판(601), 하부절연막(602), 그리고 하부절연막 위의 실리콘(603) 및 하드 마스크(604)를 형성하며, 하드 마스크 패턴(604)를 마스크로 하여 실리콘 채널을 충분한 시간동안 등방성 플라즈마 식각한다(600A).The SOI substrate forms a
여기서, 하드 마스크(604)는 향후 실리콘 이방 또는 등방 식각시 식각되지 않는 물질로 구성되는 것이 바람직하다.Here, the
여기서, 하드 마스크는 실리콘 층의 식각시 영향을 받지 않는 물질, 즉 감광막 같은 물질을 이용한다.Here, the hard mask uses a material that is not affected by the etching of the silicon layer, that is, a material such as a photoresist film.
이후 도 7 내지 도 10 에 도시된 공정과 비교하면, 실리콘 채널 하부막을 습식 또는 건식으로 제거하는 과정은 동일하나, 공정 단순화를 위해 추가 마스크 없이 실리콘 구조물 전체(채널, 소스/드레인 예정 영역 포함; 605) 아래에 언더컷을 만든다는 것이 다르다.Thereafter, compared to the process illustrated in FIGS. 7 to 10, the process of wet or dry removal of the silicon channel underlayer is the same, but the entire silicon structure (including channels, source / drain regions to be included) without additional masks to simplify the process; The difference is that it creates an undercut below.
게이트 유전막(607)을 성장 시키고 게이트 물질(606)을 증착한 후 게이트 영역을 형성하고, 이후 잔여 게이트 물질을 식각하기 위하여 충분한 시간동안 등방성 플라즈마 식각을 하여 실리콘 채널 전면에 게이트가 형성된 전계 효과 트랜지스터를 제작한다(600B).After the
도 11b는 도 11a에 도시된 제작 방법에 의해 제작된 소자의 단면도이다.FIG. 11B is a cross-sectional view of the device fabricated by the fabrication method shown in FIG. 11A.
도 11b의 구조체의 게이트 영역인 실리콘 채널 a-a'(6A), 게이트 영역이 아닌 실리콘 채널 b-b'(6B)와 소스/드레인 영역인 c-c'(6C)의 단면도를 도시한다.11B shows a cross-sectional view of the silicon channel a-a '6A, the gate region, the non-gate silicon channel b-b' 6B, and the c / c '6C, the source / drain region.
도시된 바와 같이, 상기 a-a'(6A), b-b'(6B) 및 c-c'(6C)의 단면도는 실리콘 등방성 식각과 게이트 영역 패터닝 후 게이트 영역과 잔여 게이트를 도시한다.As shown, the cross-sectional views of a-a '(6A), b-b' (6B) and c-c '(6C) show the gate region and the remaining gate after silicon isotropic etching and gate region patterning.
상기 a-a'(6D), b-b'(6E) 및 c-c'(6F)는 게이트 물질을 선택적 등방 부분 건식 식각 (플라즈마 식각)후 잔여 게이트 물질이 식각된 모습을 도시하였다.The a-a '(6D), b-b' (6E) and c-c '(6F) shows the remaining gate material is etched after the selective isotropic dry etching (plasma etching) of the gate material.
게이트 물질과 산화막에 대해 높은 선택비(selectivity)를 보이는 가스를 사용하여 플라즈마 식각을 하면 게이트 물질을 식각할 여기 (들뜬) 이온이 하부절연막에 충돌한 후 리코일(recoil)된 게이트 물질을 선택적으로 등방식각하게 된다.Plasma etching using a gas having high selectivity to the gate material and the oxide film selectively isotropics the recoiled gate material after the excitation (excited) ions to etch the gate material collide with the underlying insulating film. Etched.
이때 실리콘 채널 및 소스/드레인 영역은 산화막이 감싸고 있기에 식각되는 것을 막을 수 있다.In this case, the silicon channel and the source / drain region may be prevented from being etched because the oxide layer is wrapped.
식각되는 시간을 조절하면 게이트 영역은 노치된 게이트(notched gate) 형태가 되며 실리콘 채널의 전면을 덮고 있으며, 그 외의 영역은 잔여 게이트 물질을 완전 식각할 수 있다.By controlling the time of etching, the gate region becomes a notched gate and covers the entire surface of the silicon channel, and the other region can completely etch the remaining gate material.
추가된 마스크 없이 오버랩 캐패시턴스가 최소화된 실리콘 채널 전면에 게이트가 형성된 전계 효과 트랜지스터를 제작할 수 있다.A gated field effect transistor can be fabricated in front of the silicon channel with minimal overlap capacitance without the added mask.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. As such, the technical configuration of the present invention described above can be understood by those skilled in the art that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention.
이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The above-described embodiments are to be understood as illustrative and not restrictive in all respects, and the scope of the present invention is indicated by the appended claims rather than the foregoing description, and the meaning and scope of the claims and their All changes or modifications derived from equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.
본 발명에 따른 실리콘 채널 전면에 게이트가 형성된 전계 효과 트랜지스터의 제조 방법은, 간단하고 재현성 있는 향상된 특성을 갖는 소자를 제작할 수 있어 반도체 소자의 크기를 지속적으로 줄이는 데에 큰 기여를 할 수 있다. The method of manufacturing a field effect transistor in which a gate is formed on the entire surface of a silicon channel according to the present invention can manufacture a device having simple and reproducible improved characteristics, thereby making a significant contribution to continuously reducing the size of a semiconductor device.
또한, 현재 반도체 공정을 이용한 매우 실용적인 기술이고 기존의 핀 전계 효과 트랜지스터 성능에서 문제로 지적되는 높은 오버랩 커패시턴스와 소자 제작시 난점으로 지적되는 미세 선폭의 채널 형성 문제를 해결하는 것이 가능하게 된다.In addition, it is possible to solve the high overlap capacitance which is a very practical technique using the current semiconductor process, which is pointed out as a problem in the performance of the conventional pin field effect transistor, and the channel formation problem of the fine line width which is pointed out as a difficulty in fabricating the device.
또한, 반도체 소자의 크기를 지속적으로 줄이고, 미세 선폭의 채널 형성 문제를 해결하여 향후 반도체 산업 발전에 이바지 할 수 있게 된다.In addition, it is possible to contribute to the future development of the semiconductor industry by continually reducing the size of the semiconductor device, solving the problem of channel formation of fine line width.
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US11670719B2 (en) | 2020-07-15 | 2023-06-06 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device having upper channel and lower channel and method of manufacturing the same |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5308999A (en) | 1992-02-27 | 1994-05-03 | Fujitsu Limited | MOS FET having a thin film SOI structure |
US20040145000A1 (en) | 2003-01-23 | 2004-07-29 | An Judy Xilin | Tri-gate and gate around MOSFET devices and methods for making same |
US6787854B1 (en) | 2003-03-12 | 2004-09-07 | Advanced Micro Devices, Inc. | Method for forming a fin in a finFET device |
-
2004
- 2004-08-11 KR KR1020040063128A patent/KR100616230B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5308999A (en) | 1992-02-27 | 1994-05-03 | Fujitsu Limited | MOS FET having a thin film SOI structure |
US20040145000A1 (en) | 2003-01-23 | 2004-07-29 | An Judy Xilin | Tri-gate and gate around MOSFET devices and methods for making same |
US6787854B1 (en) | 2003-03-12 | 2004-09-07 | Advanced Micro Devices, Inc. | Method for forming a fin in a finFET device |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11670719B2 (en) | 2020-07-15 | 2023-06-06 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device having upper channel and lower channel and method of manufacturing the same |
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